不同的热处理工艺对金属材料的性能分析

李源

摘要：随着我国改革开放的不断进行，中国的经济发展越来越快速，工业技术也有了较大的提高，因此在实际应用领域中对金属材料的各项性能要求也越来越高。为了满足日益增长的工业需求，采用热处理技术来改变金属材料的机械性能就显得尤为迫切。目前，对于金属材料有较多的热处理技术，应用不同的热处理技术所得的金属材料的性能也具有较大差异。本文主要分析了金属材料的性质、热处理工艺的分类和不同热处理技术对金属材料的影响。

关键词：金属材料;热处理;性能分析

1金属材料

人类社会的发展和进步离不开材料的使用，其中石器时代、青铜时代和铁器时代均以金属材料的使用为其显著标志^[1]。金属材料一般指的是自然界中铜、铁、铝等以金属元素构成的材料。金属材料具有以下的优点^[2-3]：（1）金属材料具有较高的强度，金属材料在收到外界一定程度的撞击时，不会轻易的改变原有的形状，不会发生形变;（2）金属材料的易断性，金属材料在较长的时间内循环收到一定的外力，超出了材料本身的临界点，材料会发生断裂;（3）金属材料的可锻造性，金属材料在高温、高压和高外力作用下，金属材料的长度和高度都会发生改变，但是其硬度和导热性能不会发生影响，具有较好的可加工性能。金属材料具有较好的性能，因此，被广泛应用于机械制造、航天航空、汽车和建筑材料等领域^[4-6]。

由于传统的金属材料存在疲劳断裂、可塑性较差、耐腐蚀和硬度较强等现象，影响了金属材料在实际领域中的应用，因此，需要对金属材料进行加工处理。热处理技术指的是金属材料采用加热、保温和冷却等方法，将固态的金属材料进行加工，得到具有优异性能的金属材料，改善了金属材料的物理和化学性质，是金属加工过程中最重要的一个环节。但是，热处理工艺是金属材料在加工过程中十分复杂的一个过程，在这个过程中容易受到外界环境因素的影响，从而影响到金属的物理性能和化学性能，因此，为了满足工业条件的要求，需要对热处理工艺做一个较好的防控，才能得到性能优异的金属材料。

2热处理工艺

2.1热处理工艺简介

热处理工艺指的是将金属材料采用加热、保温和冷却等^[7]方法，它改变了金属材料内部的分子结构、增加可塑性和提高了金属材料在实际领域的应用的范围。采用热处理的方式，改变了分子间的结合力，增加了金属材料的物理性质，但是并没有改变金属材料的原有形状。相对于原始的金属材料具有韧性好、可塑性高、耐磨性较好、增加了材料的使用寿命和具有较好的表面光滑度，适用于各种精密仪器的制作，节省了企业的生产成本。热处理最大的特点是维持了金属材料的原有形状和化学性质，即热处理工艺并不会对金属材料的原有性质产生影响。

2.2热处理工艺的分类

金属材料热处理工艺按照处理方式不同分为整体热处理法、表面热处理法、化学热处理法和真空热处理工艺法^[8]。并且根据加热介质的不同和冷却方式的不同，金属材料的热处理又可以细分为很多种。但是一般情况下的热处理工艺不会改变金属材料的加工形状和化学性质。所有的热处理工艺一般都需要加热、保温和冷却三个过程，这样才能赋予金属材料一定的性能。

3不同种类的热处理工艺

整体热处理法是金属材料加工应用时使用的最普遍方法。指的是将金属材料整体进行热处理，其过程包括退火、正火、淬火和回火。退火指的是将金属材料加热到一定的温度，然后保温一段时间，进行冷却，它使晶体粒细化，去除了内应力、增加了材料的可加工性、稳定了材料的尺寸，消除了材料的结构缺陷。正火使材料中的碳化物和晶粒分布更具均匀，进一步提高了材料的可塑性和韧性，增加了材料的机械性能。淬火是整体热处理法中核心的步骤，淬火影响了材料内部应力，进而对材料的形变产生了重要影响。目前常用的淬火介质为水和油，因此，对温度的控制尤为重要。一般情况下，水温控制在50℃到70℃之间，油温控制在60℃到90℃之间，在这个过程中，淬火速度对金属晶体的再结晶性和冷却速度产生影响，导致金属材料发生形变。回火过程主要是为了消除在正火过程中产生的应力，而较大的应力的存在容易使金属材料在加工的过程中产生形变和裂缝，因此，回火提高了金属材料的产品质量。

表面热处理法指的是对材料的表面进行加热处理的工艺，从而得到具有高硬度的表面层和分布均匀的内应力，提高了材料的耐磨性和抗疲劳性。目前，该方法应用最普遍的为激光热处理技术和超硬涂层技术。激光热处理技术主要应用在表面较为坚硬的金属材料，在热处理过程中利用计算机来控制激光的强度和速度，使用较为方便、可控性较高。超硬涂层技术主要对金属材料的表面进行处理，并不会对材料的内部结构产生影响，该技术提高了金属材料的硬度，使得加工后的金属材料具有较好的耐用性。

化学热处理法指的是采用化学反应改变了金属材料的化学组成和表面结构，得到了性能优异的金属材料。由于大多数金属材料的失效和破损刚开始出现在表面层，因此采用化学热处理法得到了表面性能优异的金属材料，该方法本质上可以认为是一种金属复合材料，在金属材料表面形成了较好的保护层，赋予了金属材料多重属性，增强了金属材料的韧性、耐磨性和耐腐蚀性，提高了产品质量，增加了金属材料的使用寿命，拓展了金属材料使用领域。目前，化学热处理法被广泛应用在军事、机械等对零件具有多重性能要求的领域。

真空热处理工艺法指的是将金属材料放置在真空环境下进行热处理，该方法可以有效的控制金属材料在热处理过程中产生的毒气，可以对低压渗碳材料进行表面处理，而且可以直接进行高压气淬，提高了热处理效率，并且不会对金属材料本身性质产生影响。目前，我国在该方法上探索较晚，因此和国外有一定的差距。

4结论

随着我国的经济快速发展，对金属材料的使用越来越多，在不同领域所使用的热处理方法也是不同的，由于材料本身存在差异、外界环境温度等的影响，在选择不同的热处理工艺时应当考虑这些因素。为了提高能源的利用率和环境的保护，因此，选择合适的热处理工艺就显得尤为重要。处理好金属材料和不同热处理之间的关系，我们就能很好的提高金属材料的加工水平，促进了其他工业的质量安全。虽然，随着科学技术的日益进步，在热处理工艺上不断有新的技术突破，但是在金属热处理上还不断有许多问题存在，需要我们不断的去改进和完善，提高金属材料热处理工艺，扩大金属材料的使用范围。

参考文献

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